Американская система GPS-III
Нарушение или ослабление критических возможностей, обеспечиваемых американской спутниковой глобальной системой позиционирования (GPS) нанесет серьёзный урон американским военным, в частности, и многим аспектам мировой экономики в целом. GPS стала частью повседневной жизни гражданского населения, выйдя далеко за рамки удобных навигационных автомобильных карт, в том числе обеспечивая точным временем биржевой рынок, а также играя ключевую роль в процессе обработки операций с кредитными картами. В то же время, военный класс GPS (М-код) навигации теперь можно встретить во всем, от крылатых ракет и различных высокоточных бомб, до артиллерийских снарядов. Боевые поисково-спасательные радиостанции полагаться на эту линию связи, так же как и огромная номенклатура индивидуального оборудования солдата.
Спутники GPS-III являются ключевой частью плана будущей системы позиционирования, времени и навигации (Positioning, Timing & Navigation, PTN), предлагая несколько улучшений по сравнению с существующим семейством спутников GPS II. Частью этой системы также, являются наземные станции контроля.
GPS: Существующая серия
Для поддержания надлежащего покрытия по всему миру группировка GPS должно состоять не менее чем из 24 равномерно расположенных на средней околоземной орбите спутников, хотя более предпочтительным является наличие 27 спутников. Космическое командование ВВС США хочет иметь на орбите не менее 30 спутников GPS, чтобы в случае возникновения неполадок или проблем у нескольких спутников, общее число функционирующих спутников не упало ниже 27. Нынешняя группировка демонстрирует, что такие отказы возможны. В 2008 году на орбите был 31 спутник GPS:
13 Block IIA. Проектный срок эксплуатации: 7.5 лет. Благодаря удачной конструкции, дублирующим компонентам и искусным настройкам, эти спутники функционируют значительно дольше, чем это было запланированного, рекорд составляет около 17 лет.
12 Block IIR. Проектный срок эксплуатации: 10 лет. По крайней мере, один спутник функционирует уже за пределами этого срока. Всего были построены 21 GPS IIR, из которых 8 были модернизированы до версии GPS IIR-M.
6 Block IIR-М (модернизированный). Каждый спутник IIR-M включает модернизированную антенную панель обеспечивающую повышенную мощность сигнала, 2 новых военных сигнала повышенной точности (до 1 метра), усиленных шифрованием и защитой от помех, а также второй гражданский сигнал (L2C), который предоставит пользователям доступ к открытому сигналу на дополнительной частоте. Дополнительные сигналы могут значительно улучшить систему, так как они позволят приёмникам обнаруживать ошибки создаваемые ионосферой Земли и используя передовые алгоритмы улучшить точность позиционирования.
2 крайних запуска спутников GPS IIR-M были отложены на "не определенный срок" в октябре 2008 года из-за проблем с запуском ракеты Delta II, но всё же седьмой спутник GPS IIR-M был запущен в марте 2009 года, а 8-й и заключительный спутник GPS IIR-М был запущен в августе 2009 года.
Следующая серия запусков будет включать в себя спутники Boeing Block IIF. Их улучшения будут содержать обновления архитектуры, энергетики, процессора, уменьшения веса, наличия третьего гражданского сигнала (L5) в спектре авиационной безопасности, который, как ожидается, обеспечит более широкое использование GPS для управления воздушным движением в гражданской авиации, а также новый военный сигнал.
В настоящее время также разрабатывается обновленный наземный сегмент управления, известный как архитектурный эволюционный план (Architectural Evolution Plan, AEP). Со стороны средств контроля план предусматривает новые основные станции управления, размещаемые на авиабазе Schriever, штат Колорадо, и альтернативные станции на авиабазе Vandenberg, штат Калифорния. Для управления спутниками GPS с помощью удаленных станций слежения USAFSCN было добавлено больше наземных антенн и был усовершенствован мониторинг путем использования сети Национального агентства геопространственной разведки. Что касается технической стороны проекта, план предусматривает переход контроля группировкой от систем ЭВМ 1970-х годов к современным системам использующим графический интерфейс, а также добавят распределенную архитектуру, способную использовать параллельную работу нескольких приложений.
План впервые начал осуществляться в сентябре 2007 года и в марте 2008 года дал возможность управления спутниками Block IIF. Тем не менее, это является временным решением имеющим некоторые ограничения. Например, система не может передавать навигационные сообщения, контролировать модернизированные гражданские сигналы L2C или зашифрованные военные сигналы GPS IIR/M. Именно поэтому было решено внести эти функции в систему GPS III.
Программа GPS III
При своем полном развертывании, спутники GPS-III смогут обеспечивать передачу нового гражданского сигнала L1C, будут обладать новой совмещенной архитектурой управления и контроля. Это позволит всего лишь одной наземной станции контролировать всю группировку спутников GPS, а, благодаря новой антенне, обеспечить высокую помехозащищенность при одновременном повышении точности и целостности системы. Система GPS III будет обладать ограниченной совместимостью с создающейся европейской спутниковой навигационной системой Galileo, о чем в 2006 году было подписано соглашение между Lockheed Martin и EADS.
В прошлом у ВВС США уже возникали проблемы с чрезмерным расходованием бюджетных средств при разработке спутниковых программ, отчасти из-за технологических требований, часто пытаясь решить проблемы на слишком многих фронтах одновременно. Это естественная ситуация при внедрении систем, связанных с большим количеством запусков спутников и длительным сроком эксплуатации, но отставание от намеченного графика запусков и либеральный перерасход средств всё же внесли свои ограничения. Программа спутников GPS III учла эти уроки и дополнительное расходование средств будет совершаться постепенно, начиная с наземного сегмента:
Спутники GPS Block III больше размером, чем предыдущие спутники Navstar. Они обеспечат большую мощность, которая в свою очередь создаст сигнал, который легче принять и труднее заглушить. Изначально спутники GPS IIIA будут совместимыми с конкурирующей европейской системой Galileo, добавив 4-й гражданский сигнал (L1C), а также усиленный военный сигнал GPS (m-code), который, как ожидается, обеспечит четырехкратное улучшение точности и на порядок улучшенную способность противостоять глушению. Эти простые требования обеспечат быструю замену старых спутников GPS-IIA на новейшие проверенные спутники. ВВС США хотели бы ограничиться восьмю спутниками GPS IIIA (2 в разработке + 6 функционирующих, все 8 будут запущены), несмотря на то что первоначальный договор позволяет при необходимости увеличить число спутников GPS-IIIA до 12.
Спутники GPS Block IIIB добавят совмещенную архитектуру управления и контроля. Это означает, что сразу все спутники группировки GPS IIIB будут управляться одной наземной станцией, вместо того, чтобы ожидать пока каждый спутник попадет в зону видимости наземной антенны, как это происходит в настоящее время. Планируется запустить до 8 спутников GPS-IIIB.
Для усиления военного шифрованного сигнала M-Code, улучшения помехоустойчивости, а также улучшения точности спутники GPS Block IIIC будут оснащены мощной направленной антенной. Также могут быть использованы и дополнительные технологии, достигшие достаточного уровня зрелости ко времени запуска спутников. ВВС США планируют запустить до 16 спутников GPS-IIIC.
Запуск первого спутника GPS-IIIA ожидается в 2014 году, а все 32 спутника GPS Block III будут выведены на орбиту к 2022 году.
Нынешний контракт на конструирование и разработку системы GPS III создаст около 500 новых рабочих мест на Lockheed Martin и сократит около 750 на Boeing. В мае 2008 в своей статье National Examiner оценил общую стоимость программы приблизительно в $3.57 миллиарда.
Руководство проектом в корпорации Lockheed Martin и разработка космических аппаратов будут сосредоточены в Newtown, штат Пенсильвания, а окончательная сборка, интеграция и тестирование располагаются в городе Denver, штат Колорадо. Производственные мощности GPS расположены в бывшем сборочном цехе ракеты Атлас. Они включают почти 40 тысяч квадратных метров площадей для сборки космических аппаратов и их испытаний, в том числе высокие чистые комнаты, предназначенные для эффективного производства за счет минимизации подъема космических аппаратов и сокращения расстояния между операциями. Производственная группа GPS изучила производственные линии корпорации Lockheed Martin, выпускающие в больших объемах самолеты и использовала технологии виртуального моделирования для планировки заводских цехов. На подобие сборки автомобилей или самолетов, каждый спутник GPS III будет передвигаться через последовательные рабочие станции для проведения различных сборочных и интеграционных операций. Кульминацией этих операций будут климатические испытания. Для этих целей среди прочего там находятся тепловые вакуумные и безэховые камеры.
Подразделение Lockheed, расположенное в Sunnyvale, штат Калифорния будет производить различные компоненты космических аппаратов, а команда обеспечения запусков будет находиться на мысе Канаверал, штат Флорида. Другими партнерами программы GPS-III являются:
ITT в Clifton, штат Нью-Джерси - навигационная аппаратура
General Dynamics Advanced Information Systems в Gilbert, штат Аризона - Сетевые коммуникационные элементы (Network Communications Element, NCE), включающие подсистемы УКВ связи, телеметрии и управления.
Финансирование GPS-III
Точные цифры финансирования предоставить трудно, так как американские военные часто рассматривает проект GPS-III как одну общую программу GPS.
Тем не менее:
2008 год: $805.3 миллиона- $556.4 исследования и разработка, $248.9 закупки
2009 год: $927.4 миллиона- $867.1 исследования и разработка, $60.7 закупки
2010 год: $880.4 миллиона- $749.4 исследования и разработка, $131 закупки
2011 год: $1.057 миллиарда- $862.7 исследования и разработка, $194.8 закупки
2012 год: финансовый запрос $1.462 миллиарда- $872.0 исследования и разработка, $590.0 закупки
Информация